增設(shè)后排樁約束樁頂位移超限的支護(hù)工程實例分析

盛 斌

（中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

在當(dāng)前的建筑工程中，基坑支護(hù)是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其目的在于確保地下結(jié)構(gòu)的施工安全以及周圍環(huán)境的穩(wěn)定。樁板墻支護(hù)作為一種常見的支護(hù)形式，在實踐中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于地下水位的上升、施工質(zhì)量的缺陷等因素，基坑頂部水平變形過大的問題時有發(fā)生，這不僅影響了施工的順利進(jìn)行，還可能對周邊環(huán)境造成潛在的威脅。

為了解決這一問題，業(yè)界已經(jīng)提出了一系列的處理方法，如支擋、注漿、降水、卸載等。這些方法各有優(yōu)缺點，適用于不同的工況。對于特定項目來說，選擇合適的方法至關(guān)重要。文章將通過一個具體的工程實例，探討在原排樁后增設(shè)新排樁，形成雙排樁的支護(hù)形式對減小基坑頂部水平變形的效果。這種雙排樁支護(hù)形式在實踐中的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)也將是我們重點討論的內(nèi)容。

這個研究不僅旨在為類似工程提供實踐指導(dǎo)，同時也期望能推動相關(guān)理論的發(fā)展，為今后的基坑支護(hù)工程提供更為科學(xué)和有效的解決方案[1]。

1 工程實例

1.1 項目概況

某學(xué)校操場西側(cè)擬建一棟文體綜合樓，擬建的文體綜合樓呈“L”型，地上2層，局部3層，地下局部1層，框剪結(jié)構(gòu)。擬建物基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)形式，基坑開挖后基坑支護(hù)總長度為320 m，基坑開挖最大深度為12.4～12.5 m，擬建文體綜合樓東側(cè)，坡頂為學(xué)校既有操場，坡腳為擬建文體綜合樓入口處道路，該處文體綜合樓基坑開挖后將形成10.45 m 高的垂直邊坡。在基坑邊進(jìn)行開挖與支護(hù)過程中，采用樁板墻作為支護(hù)措施。從基坑開挖至結(jié)束，基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)始終保持基本穩(wěn)定。然而，某日樁頂水平位移突然加劇，經(jīng)巡查發(fā)現(xiàn)，坡頂操場一處水管破裂導(dǎo)致大量水源涌入，從而引發(fā)坡體變形超出允許范圍。建設(shè)單位及時組織各參建單位研討基坑處理方案，經(jīng)過深入分析與研究，最終制定出加固方案并成功實施，取得了顯著效果。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 地層巖性

根據(jù)本項目場地勘察報告揭示的地質(zhì)情況，操場基本上全位于填方區(qū)（最大填方厚度為14.5 m，即原沖溝溝心位置），場地地層結(jié)構(gòu)相對簡單，自上而下分別為填土、黃土、砂質(zhì)泥巖及泥巖，但填方厚度及風(fēng)化層厚度隨地形不同存在差異。原場地為分層碾壓后的場地，自上而下依次為素填土、黃土、砂質(zhì)泥巖及泥巖，詳述如下：

①素填土層（Q4ml）：以黃褐色粉土、泥巖和砂質(zhì)泥巖碎塊為主，含少量粉質(zhì)黏土，表層夾雜有碎石土，其中粉土呈稍濕-濕，稍密-中密，以稍密為主。埋深為0.00～14.50 m，厚度1.30～14.50 m。該素填土層底部與下伏黃土和強(qiáng)風(fēng)化泥巖或砂質(zhì)泥巖接觸。該層在場地均有分布，厚度較大，呈中壓縮性，密實度較差，土質(zhì)不均一。

②黃土（Q3eol）：黃褐色，稍濕-濕，稍密，土質(zhì)均勻，孔隙發(fā)育，以粉粒為主，局部粉砂含量較高，含白色鈣質(zhì)網(wǎng)狀菌絲，表層可見少量植物根系。埋深為0.00～7.10 m，厚度1.30～3.60 m。該層在場地分布不連續(xù)，厚度較小，呈中壓縮性，密實度較差。

③強(qiáng)風(fēng)化泥巖和砂質(zhì)泥巖互層（P1sh）：強(qiáng)風(fēng)化狀，紫紅色或灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，極軟巖，破碎狀，遇水易軟化，巖體基本質(zhì)量等級為V級，地層強(qiáng)度低，變形量低，風(fēng)化裂隙發(fā)育，該層在場地內(nèi)連續(xù)分布，每個鉆孔均有揭露，厚度0.10～7.40 m。

④強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖（P1sh）：強(qiáng)風(fēng)化狀，紫紅色、灰白色或灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，局部和泥巖互層，為極軟巖，破碎，遇水易軟化，巖體基本質(zhì)量等級為V級，地層強(qiáng)度低，變形量低，風(fēng)化裂隙發(fā)育，該層在場地內(nèi)不連續(xù)分布。

⑤中風(fēng)化泥巖和砂質(zhì)泥巖互層（P1sh）：中風(fēng)化狀，紫紅色或灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，極軟巖，較破碎-破碎，遇水易軟化，巖體基本質(zhì)量等級為V級，地層強(qiáng)度低，變形量微，風(fēng)化裂隙發(fā)育一般，該層在場地內(nèi)不連續(xù)分布，厚度2.50～11.50 m，該層未揭穿。

1.2.2 水文條件

（1）地表水。操場場地整平及建成后，無自然形成的沖溝，大部分降雨形成的地表水均沿排水溝道排出場地。部分降雨匯集于操場沉降低洼區(qū)域，根據(jù)操場所處場地原始地貌沖溝界限，原沖溝區(qū)的匯水面積約0.000 5 km2。

（2）地下水。場地區(qū)域?qū)儇毸牡刭|(zhì)單元區(qū)。場地及鄰區(qū)均無地表徑流。根據(jù)勘察報告，地下水穩(wěn)定水位6.5～12.5 m，穩(wěn)定水位高程1 153.8～1 167.1 m。同時通過工程物探（高密度電法）顯示，在原沖溝地表與回填土接觸帶，土體含水量較大，局部土體含水率接近飽和狀態(tài)。對原沖溝地表土體及回填土下部土體產(chǎn)生影響，地基基礎(chǔ)受該部分地下水影響較大。場地地下水屬松散巖類孔隙潛水和碎屑巖類裂隙水。

1.3 原支護(hù)設(shè)計方案

1.3.1 設(shè)計安全等級

該工程治理安全等級為一級。由于擬建建筑結(jié)構(gòu)、通風(fēng)及采光等方面的要求，邊坡（基坑）支護(hù)與建筑物外墻需要脫離，此次設(shè)計按永久性邊坡支護(hù)進(jìn)行設(shè)計，故按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）相關(guān)規(guī)定，考慮一般、地震和暴雨3種工況，并要求邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)分別不小于1.35、1.15及1.15[2]。

1.3.2 設(shè)計原則

該項目基坑支護(hù)設(shè)計本著以下原則進(jìn)行：

基坑工程設(shè)計一般遵循“縱向分段、豎向分層、嚴(yán)禁超挖、動態(tài)設(shè)計、信息化施工”的原則；按照設(shè)計基坑底標(biāo)高及各邊現(xiàn)狀地面標(biāo)高綜合確定基坑開挖深度10.45～12.50 m，坑頂?shù)孛娉d按20 kPa計算；根據(jù)開挖深度及周邊具體情況不同，分段、分型式進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計。

1.3.3 設(shè)計參數(shù)

根據(jù)項目勘察報告，支護(hù)設(shè)計深度范圍內(nèi)采取的相關(guān)巖土參數(shù)指標(biāo)見表1。

表1 主要巖土層力學(xué)參數(shù)

1.3.4 支護(hù)設(shè)計

采用鋼筋混凝土灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索方式進(jìn)行支護(hù)。鋼筋混凝土灌注樁樁徑為1.20 m，樁間距為2.00 m，樁長為18.00 m。灌注樁頂設(shè)置0.50 m 高1.40 m 寬通長冠梁，冠梁以下設(shè)置2 道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長分別為22.00 m 和19.00 m。樁前設(shè)置200 mm 厚C30 混凝土擋土板，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)詳圖

1.4 施工后基坑變形情況

支護(hù)樁施工完成后，采用邊開挖邊施工錨索與掛板，基坑支護(hù)工程施工過程中，基坑無變形，施工完成后1個月發(fā)現(xiàn)部分坑頂突然出現(xiàn)累計水平位移增大的情況，最大值接近20 mm（允許值30 mm）?，F(xiàn)場查找原因發(fā)現(xiàn)操場下一根水管破裂漏水，積水從坡體底部滲出。

2 基坑支護(hù)加固方案

2.1 對原支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核

為了避免基坑頂部在浸水或超載等其他情況下，水平變形仍能滿足規(guī)范要求，建設(shè)單位決定對基坑支護(hù)進(jìn)行加固措施。首先，選用GEO5 巖土工程軟件2022版深基坑結(jié)構(gòu)支護(hù)分析系列軟件，對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行（基坑）邊坡支護(hù)計算復(fù)核。計算結(jié)果顯示，原結(jié)構(gòu)的變形情況符合規(guī)范要求。然而，在浸水條件下，情況會有所變化。土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)大幅下降，造成部分錨索失效，這將導(dǎo)致水平變形接近規(guī)范允許值（30 mm）。當(dāng)所有錨索全部失效時，水平變形的最大值將達(dá)到63 mm，遠(yuǎn)超過規(guī)范允許值。這一情況如圖2所示。

圖2 全部錨索失效工況下支護(hù)結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

由此可見，基坑支護(hù)的加固措施至關(guān)重要。一旦錨索失效，可能會引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。因此，對于基坑支護(hù)的設(shè)計和施工，必須充分考慮錨索的性能和穩(wěn)定性。同時，建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)實際情況，對基坑支護(hù)進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，確保其安全可靠。

2.2 增設(shè)排樁方案

根據(jù)現(xiàn)場施工情況及工期要求，采用在原排樁后增設(shè)一排新排樁，形成雙排樁的支護(hù)形式[3]。新增樁樁徑1.20 m，樁長18.00 m，與前排樁中心距6 m；樁間距8.00 m，樁頂設(shè)置0.50 m 高1.40 m 寬通長冠梁，新舊冠梁之間采用橫梁進(jìn)行連接，使新舊排樁形成整體，提高了抵抗彎矩的能力，減小基坑頂部水平變形值，支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)詳圖

2.3 加固后計算

根據(jù)加固后的支護(hù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)，采用GEO5巖土工程軟件2022版深基坑結(jié)構(gòu)支護(hù)分析系列軟件對基坑內(nèi)力、變形等進(jìn)行計算，均滿足規(guī)范要求，典型模型如圖4 所示[4]，潛在破裂面基本位于填土中，支護(hù)樁上的錨索均穿過填土進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖層中進(jìn)行錨固。軟件分析可以看到樁的水平變形由加固前最大的63 mm減小至加固后的22.60 mm，計算結(jié)果如圖5所示，最大的水平變形位置也由樁頂轉(zhuǎn)移到樁的中間位置，樁頂處理論變形量由原來的63 mm 降至20.10 mm，滿足了規(guī)范對于支護(hù)樁最大水平位移量的要求。作用到支護(hù)樁上的土側(cè)壓力也回到了正常的范圍之內(nèi)，最大土壓力為53.09 kPa。

圖4 雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)模型

圖5 最不利工況下支護(hù)結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

3 加固后坑變形監(jiān)測情況

3.1 測點布置

結(jié)合監(jiān)測范圍地形情況，選擇通視效果好的點建立基準(zhǔn)網(wǎng)[5]，工程監(jiān)測范圍內(nèi)的基準(zhǔn)網(wǎng)已經(jīng)布設(shè)完成，已在相應(yīng)位置布設(shè)觀測樁，地表變形監(jiān)測點34個，后視點4個，基準(zhǔn)點3個（1個工作基點），累計監(jiān)測點41個進(jìn)行邊坡的監(jiān)測。在邊坡后緣（基坑側(cè)邊中部及有代表性的部位）增設(shè)深孔位移監(jiān)測點，計劃共布置深孔位移監(jiān)測點4 個，目前已累積埋設(shè)測斜管90.50 m，累計成孔4個，如圖6所示。

圖6 監(jiān)測點布置圖

3.2 監(jiān)測成果

水平變形最大的監(jiān)測點位于懸臂端中部，監(jiān)測日期自2023年6月16日始，截至2023年8月17日，累積水平位移為0.38 mm，累積垂直位移為0.50 mm。通過現(xiàn)場巡查，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以看出，累計水平位移較小，累計沉降較小，且均未達(dá)到預(yù)警值，挑選變形最大的幾個監(jiān)測點數(shù)據(jù)繪制累積變形圖，如圖7所示。

圖7 監(jiān)測點累計變形值

4 基坑支護(hù)效果評價

項目基坑支護(hù)為永久工程，加固后的雙排樁對水平變形的控制較好，由原基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形理論最大值63 mm 降至22.6 mm，滿足了規(guī)范要求及建設(shè)單位的使用要求。從現(xiàn)場監(jiān)測的情況看，施工后60 d，水平變形的最大值由原來的樁頂監(jiān)測點轉(zhuǎn)移至懸臂端中部的監(jiān)測點，整個支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量均勻，且水平累計變形值較小，僅為0.38 mm，遠(yuǎn)小于理論計算值，支護(hù)效果較好。

5 結(jié)語

基坑支護(hù)工程設(shè)計與施工是技術(shù)復(fù)雜、綜合性強(qiáng)的系統(tǒng)工程，目前在理論、試驗、施工等諸多方面都不完善，有待研究，特別是新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用?；又ёo(hù)的施工質(zhì)量關(guān)系到基坑支護(hù)的安全及基坑的使用功能，因此，必須要采用安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的支護(hù)措施，根據(jù)此項目實例提出幾點注意事項供同類項目參考：

（1）根據(jù)特定的工程要求和使用條件綜合考慮，應(yīng)選用安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的基坑支護(hù)措施，項目原支護(hù)結(jié)構(gòu)在不利條件下變形過大，采用增加后排樁形成的雙排樁，可以很好地控制了樁頂水平變形超限的問題。

（2）加強(qiáng)基坑支護(hù)監(jiān)測，對變形發(fā)展趨勢做出預(yù)測，判斷坡體的穩(wěn)定狀態(tài)，從而保證施工安全，以及長期動態(tài)監(jiān)測可評價和預(yù)測處治后的邊坡長期穩(wěn)定性，保障建筑物的安全運營。

（3）基坑支護(hù)工程出現(xiàn)問題需要補(bǔ)強(qiáng)加固時，應(yīng)針對變形原因選用合理的加固措施，并進(jìn)行反復(fù)論證，確保加固措施能達(dá)到設(shè)計要求。